Question

12．以下是甲、乙两同学对有关镁与盐酸反应的系列研究
研究一：镁与盐酸反应过程中的能量变化以及反应速率的变化：
（1）反应中试管外壁发烫，说明镁与稀盐酸反应是放热反应（填“吸热”或“放热”）．
（2）实验测得镁片产生气体的速率（v）与时间（t）的关系如图1所示，则t₁～t₂时间内反应速率逐渐加快的主要原因是镁与盐酸反应放热，温度越高反应速度越快．
研究二：反应后所得溶液的酸碱性探究：
【发现问题】
（1）反应后甲同学用pH试纸测定试管中溶液的酸碱性，发现pH小于7，说明甲同学所得溶液呈酸性（选填“酸”“碱”或“中”）．
（2）反应后乙同学的试管中镁条有剩余，向试液中滴入两滴酚酞溶液，振荡显红色，说明乙同学所得溶液呈碱性．对此现象，乙同学重复如上实验，得到同样结果．
【提出猜想】
甲同学：猜想Ⅰ：稀盐酸过量，使溶液pH小于7；猜想Ⅱ：氯化镁溶液pH小于7．
乙同学：猜想Ⅰ：氯化镁溶液使酚酞变红色； 猜想Ⅱ：镁与热水反应使酚酞变红色．
【实验与思考】
为验证猜想，甲、乙两同学均需测定氯化镁溶液的酸碱性，实验表明该溶液显弱酸性．
乙同学为完成猜想Ⅱ，在滴有两滴酚酞的热水中放入一段打磨过的镁条，观察到溶液很快变为红色，同时还观察到镁条表面有气体生成，收集并点燃该气体，发现能燃烧，请根据实验现象写出镁与水反应的化学反应方程式Mg+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑
【结论】
镁与稀盐酸反应，镁反应完全后所得溶液显酸性；
镁与稀盐酸反应，镁过量时所得溶液显碱性．
【拓展与延伸】
（1）金属氯化物的水溶液可能显中性或弱酸性，与金属的活动性顺序有关，如氯化钠溶液显中性，氯化镁溶液显弱酸性，氯化钾溶液显中性．
（2）活泼金属能与水在一定条件下反应．实验发现钠与冷水剧烈反应，产生大量的气体．由此可见金属与水反应与金属的活动性顺序有关（填“有关”或“无关”）．
研究三：金属活动性强弱与原子结构的关系：
图2为镁原子、钙原子和钡原子结构示意图，据此推测，这三种金属的活动性最强的是钡．

研究四：确定镁条的成分：
称取3.2g表面被氧化的镁条，放入100g稀盐酸中恰好完全反应，生成气体0.2g．求：（写出计算过程）
①此镁条中金属镁的质量．
②反应后所得溶液中溶质的质量分数．（提示：镁条表面的氧化物是氧化镁，也会与稀盐酸反应生成氯化镁．计算结果保留一位小数）

Answer 1

分析 研究一、
（1）反应中试管外壁发烫，说明是放热反应
（2）根据温度的变化分析反应速度的问题
研究二、
发现问题：依据酸碱性溶液pH的大小进行分析判断；
实验思考：根据甲乙同学的不同猜想分析两人必做的实验操作，根据反应的现象结合质量守恒定律的有关应用对化学方程式进行书写即可；
拓展延伸：（1）依据题目中有关的信息对相关物质的溶液酸碱性进行判断即可；
（2）根据活泼金属与水反应的条件分析即可；
研究三、根据钠镁活动性强弱的关系分析三种金属中活动性最强的物质即可．

解答 解：研究一、
（1）反应中试管外壁发烫，说明是放热反应
（2）化学反应速率与温度有关，温度越高，化学反应速率越快，t₁～t₂时间内，镁与盐酸反应放热，温度越高反应速度越快
研究二、
发现问题：依据酸碱性溶液pH的大小进行分析判断；
（1）pH小于7的溶液呈酸性，所以该溶液显酸性；
实验思考：要确定反应后溶液的酸碱性，因溶液中均含有氯化镁，因此甲乙两同学都必须测氯化镁溶液的酸碱性，在滴有两滴酚酞的热水中放入一段打磨过的镁条，观察到溶液很快变为红色，说明生成了碱性物质，同时还观察到镁条表面有气体生成，收集并点燃该气体，发现能燃烧说明生成了可燃性气体，根据质量守恒定律中反应前后元素的种类不变，可知该反应的产物是氢氧化镁和氢气，其方程式为：Mg+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑；
拓展延伸：（1）氯化钠溶液显中性，氯化镁溶液显弱酸性，钾的活动性比钠要强，所以氯化钾的溶液呈中性；
（2）依据钠与水反应不需要加热，而镁与水反应需要加热可知：金属与水的反应与金属活动性顺序有关．
研究三、从粒子结构示意图分析可知三种金属元素的最外层电子数均为2，由所学可知钙的活动性强于镁，从而说明最外层电子数相同时，电子层数越多其活动性越强，故可判断三种金属中钡的活动性最强．
研究四：设镁的质量为x，镁与盐酸反应生成氯化镁的质量为y
  Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑
   24     95     2
   x       y    0.2g
$\frac{24}{x}$=$\frac{95}{y}$=$\frac{2}{0.2g}$
  x=2.4g     y=9.5g
氧化镁的质量为3.2g-2.4g=0.8g
设氧化镁与盐酸反应生成氯化镁的质量为Z
MgO+2HCl═MgCl₂+H₂O
40         95
0.8g       z
$\frac{40}{95}$=$\frac{0.8g}{z}$
 z=1.9g
所得溶液的溶质质量分数=$\frac{9.5g+1.9g}{3.2g+100g-0.2g}$×100%=11.1%
答：（1）镁的质量为2.4g，（2）所得溶液的溶质质量分数为11.1%
故答案为：研究一、
（1）放热
（2）镁与盐酸反应放热，温度越高反应速度越快；
研究二、
发现问题：（1）酸；
实验思考、氯化镁；Mg+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑；
拓展延伸、（1）中；（2）有关；
研究三、钡．
研究四：（1）2.4g（2）11.1%

点评 此题是一道实验探究与计算相结合的题目，解题的关键是分析实验的过程，并结合题中所给的信息结合所学相关知识对问题进行探讨与分析．